JP5130753B2

JP5130753B2 - 現像装置および画像形成装置

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Publication number: JP5130753B2
Application number: JP2007066414A
Authority: JP
Inventors: 浩後藤
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: JP2008225309A

Description

本発明は、例えば複写機，ファクシミリ装置，プリンタ或いはこれらの複合機などに適用可能な電子写真方式の画像形成に用いられる現像装置、及びかかる現像装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電を摩擦荷電部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。

二成分現像方式の現像装置は、トナーとキャリアを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかし、長期間の使用によりキャリアの表面に付着する汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が低下し、かぶりやトナー飛散の問題が生じる。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことが考えられるが、これは現像装置の大型化を招く。

二成分現像装置に係わる上述の問題を解消するため、特許文献１には、キャリア又はキャリアとトナーを少しずつ現像剤に補給するとともに、帯電性能の低下した現像剤を少しずつ排出することによって、劣化したキャリアの増加を抑える現像装置が開示されている。この技術によれば、現像装置を大型化することなく、現像剤の長寿命化が可能である。しかし、排出されたキャリアを回収する機構が必要である。また、キャリアの消費量が多く、それによるコストと環境面の問題を含む。さらに、未劣化キャリアと劣化キャリアの比率が安定するまでには一定量以上の印刷を繰り返す必要がある。

特許文献２には、マトリックス樹脂中に樹脂微粒子と導電性微粉末を分散して含有した樹脂被覆層を芯材上に設けたキャリア及びそれを用いた画像形成方法が開示されている。このキャリアは、他の粒子（キャリア粒子、トナー粒子）や部材（ローラ、スクリュー）との接触によってその表面が部分的に削れた場合、新たな樹脂微粒子が表面に露出し、これがトナーと接触して該トナーを必要程度まで帯電する。しかし、樹脂被覆層の厚さは限られており、この樹脂被覆層が消費されるとキャリアが寿命に達する。

特許文献３には、キャリアと荷電粒子を表面に担持したトナーとからなる二成分現像剤及びそれを用いた現像方法が提案されている。荷電粒子は、キャリアの表面に主にトナーが付着してできる汚れ（スペント）を取り除き、キャリアの長寿命化を図るための研磨材として添加されている。また、特許文献３には、静電潜像担持体のクリーニング領域において、荷電粒子が静電潜像担持体の表面を研磨する機能を発揮することも記載されている。しかし、荷電粒子はトナーの帯電極性と逆の極性に帯電される性質を有することから、静電潜像の非画像部に付着して早期に消費されてしまうという問題がある。特に、画像部の面積が小さな画像（例えば、文字画像）を作成する場合、大量の荷電粒子が消費され、キャリアを研磨して再生する能力が十分に発揮されないという問題がある。

また、特許文献４には、所謂ハイブリッド現像方式の画像形成装置として、磁気ローラと、現像ローラを備えた現像装置を有し、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像（静電潜像画像部）を現像する画像形成装置が提案されている。特徴として、特許文献４の発明では、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなくトナーとキャリアとの間に介在し、トナーの粉砕微粉がキャリアの表面に付着してスペントが形成されることを防止する荷電粒子が現像剤に含まれている。しかし、荷電粒子は、現像装置に初期導入された現像剤中にのみ含まれている。また、荷電粒子はトナーとキャリアのいずれの表面にも保持されていないために、その一部が、トナーとの電気的な結合によってトナーと共に現像ローラに供給された後感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に消費されることから、例えば文字画像のように画像面積比（白黒比）の小さな画像を大量に印刷すると、荷電粒子だけが大量に消費されてしまい、長期的に安定したトナーの荷電性が得られないという問題がある。
特開昭５９−１００４７１号公報特開平９−２６９６１４号公報特開２００３−２１５８５５号公報特開２００６−３０８６８７号公報

このため、画像面積比の小さな画像を大量に印刷する場合であっても、荷電粒子をできるだけ多く現像剤中に維持できるようにすることが望まれるが、この荷電粒子をただ単により多く維持しただけでは安定したトナーの荷電性を得ることは難しい。そこで、我々は、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給する際にトナーから分離した荷電粒子を磁気ローラ側へと回収して現像剤と混合し、現像器内で現像剤に加わるストレスによって逆極性の荷電粒子をキャリア上へと固定化し、トナーと同極性の外添粒子やトナー微粉の付着（＝スペント）によって失ったキャリア上の荷電サイトを補う作用を果たすようにすることを着想した。

しかし、逆極性の荷電粒子とキャリアは共に、トナーに対して逆極性の電荷を持っているために、両者の静電的な付着は生じにくく、荷電補助機能を確保する為の十分な荷電粒子付着量を得る対策手段として、トナーに外添する荷電粒子の量を予め多く設定するという方法も考えられるが、トナーに対する逆極性荷電粒子の外添量を増やした場合には、磁気ローラ側に回収されずに現像ローラ上のトナーに付着して搬送される逆極性の荷電粒子も増えてしまい、その結果、現像ローラ上のトナーの帯電量が低くなり、現像領域で形成される電界への応答性が低下して、現像性の低下即ち濃度不足を招いたり、トナーが感光体上の潜像に到達せずに現像装置外へと漏出して画像形成装置内の汚染を引き起こすおそれもある。

そこで、本発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤のキャリアに、長期に亘って安定したトナー帯電性を付与するに際して、逆極性の荷電粒子を過剰に外添することなく、キヤリアヘの荷電粒子の固定化を効率的に行い、荷電粒子のキャリアに対する荷電補助機能を確保し得る現像装置、画像形成装置を提供することを基本的な目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係る現像装置は、少なくともトナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
相互の摩擦接触によって互いに異なる極性に帯電するトナー及びキャリアと、上記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され該トナーとは異なる極性に帯電する荷電粒子と、を含む現像剤を貯える現像剤貯留部と、
磁石を内包し、上記現像剤貯留部から上記現像剤を搬送する第１の搬送部材と、
第１の領域を介して上記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
上記第１の搬送部材と上記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、上記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第２の搬送部材に移動させると共に、上記トナーの表面の上記荷電粒子の一部をトナーから分離させて現像剤中に回収させる第１の電界形成手段と、
上記第２の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、上記第２の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像をトナー画像として可視像化する第２の電界形成手段と、を備え、
上記第１の搬送部材に内包された上記磁石の上記第１の領域に対応する磁極から、上記現像剤搬送方向の下流側において現像剤を第１の搬送部材から剥離させる磁極までの現像剤搬送経路に、搬送される現像剤を上記第１の搬送部材上で転動運動させるための複数の磁極を配置し、
上記複数の磁極として、上記第１の搬送部材の長手方向に均一で該第１の搬送部材の回転方向に極性が切り替わる複数の外部磁極を、上記第１の搬送部材の外周部に対向して配置した、
ことを特徴としたものである。

本発明によれば、第１の搬送部材の静電潜像坦持体に対向する領域から、現像剤搬送方向の下流側において現像剤が第１の搬送部材から剥離される現像剤搬送経路において、搬送される現像剤が第１の搬送部材上で転動運動することにより、トナーから離脱して回収された荷電粒子と現像剤とが負荷を受けながら混合されるので、キヤリアヘの荷電粒子の固定化を効率的に行うことができる。すなわち、荷電粒子を過剰に外添することなく、荷電粒子のキャリアに対する荷電補助機能を確保することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。

帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。
露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。
現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。
クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するためにクリーニング装置４０を有する。クリーニング装置４０は、板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。

このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。

〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材（第２の搬送部材）である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材（第２の回転円筒体）であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。

現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材（第１の搬送部材）である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０を有している。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。

磁石体５８は、スリーブ６０の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。本実施形態では、スリーブ６０の回転方向に沿って、Ｎ１，Ｓ２，Ｎ２，Ｓ３，Ｎ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｎ４，Ｓ１の９つの磁極を有している。これら磁極のうち、主磁極Ｎ１は、現像ローラ４８と対向する位置、つまり供給回収ギャップ５６の近傍にあるスリーブ６０の左側内周面部分に対向する位置に配置されている。また、スリーブ６０上の現像剤を剥離するための反発磁界を発生させる隣り合う同極性の磁極Ｓ４，Ｓ５は、後述する現像剤攪拌室６６の前室６８に対向する位置、つまりスリーブ６０の右側内周面部分に対向する位置に配置されている。規制板６２の近傍にあるスリーブ６０の上部内周面部分に対向する位置には磁極Ｓ１が配置され、この磁極Ｓ１と上記磁極Ｓ５の間には磁極Ｎ４が配置されている。
更に、供給回収ギャップ５６に対応する磁極Ｎ１から、現像剤搬送方向の下流側において現像剤を搬送ローラ５４から（つまりスリーブ６０から）剥離させる磁極Ｓ４とＳ５の対向領域までの現像剤搬送経路に、搬送される現像剤の搬送ローラ５４上での挙動を活性化し転動運動させるための複数の磁極Ｓ２，Ｎ２，Ｓ３，Ｎ３が上流側から順に配置されている。このうち、磁極Ｓ３はスリーブ６０の真下部内周面部分に対向する部位に位置している。

搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。

このように構成された現像装置３４の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。本実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。図４に示すように、キャリア４はトナー６に比べて相当大きい。そのため、図５に示すように、正極性に帯電したキャリア４の周囲に、負極性に帯電したトナー６が、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。

図１に戻り、帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ４の近傍で、磁極Ｎ４の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域８６）で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。後に詳細に説明するように、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された電界の存在により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給される。

また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）９２では、後に説明するように、現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。キャリア４は磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。供給回収領域８８を通過した現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に複数の磁極Ｓ２，Ｎ２，Ｓ３，Ｎ３の対向部を通過して磁極Ｓ４とＳ５の対向領域（放出領域９４）に到達すると、磁極Ｓ４とＳ５によって形成される反発磁界によってスリーブ６０の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。
このように、供給回収領域８８に対応する磁極Ｎ１から、現像剤搬送方向の下流側において現像剤を搬送ローラ５４のスリーブ６０から剥離させる磁極Ｓ４とＳ５の対向領域までの現像剤搬送経路に、隣り合う磁極の極性が異なる複数の磁極Ｓ２，Ｎ２，Ｓ３，Ｎ３を上流側から順に配置したことにより、搬送ローラ５４上での現像剤の挙動を活性化して、現像剤磁気ブラシの転動運動を活発化し、キャリア４の表面に荷電粒子８を付着させ、長期にわたって荷電能力補助機能を実現することができるのである。

供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位Ｖ_Ｈが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位Ｖ_Ｌまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位Ｖ_Ｈを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。

このようにして現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。

〔３．電界形成手段〕
供給領域９０でスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させるために、現像ローラ４８とスリーブ６０は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。電源の具体例が図５Ａ〜図９に示してある。

図５Ａに示す具体例１の電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２（請求項の第２の電界形成手段に相当する。）とスリーブ６０に接続された第２の電源１１４（請求項の第１の電界形成手段に相当する。）を有する。第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１１４は、スリーブ６０とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有し、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧Ｖ_ＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加する。この結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーが、図５Ｂに示すように、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：例えば、−２００ボルト）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：例えば、−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：例えば、−２００ボルト）と静電潜像非画像部（Ｖ_Ｈ：例えば、−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。

具体例２に係る図６Ａの電界形成装置１２２において、第１の電源１２４は、具体例１の電源と同様に、現像ローラ４８とグランド１２６との間に接続された直流電源１２８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１３０は、スリーブ６０とグランド１２６との間に直流電源１３２と交流電源１３４を有する。直流電源１３２は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧Ｖ_ＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加している。図６Ｂに示すように、交流電源１３４は、スリーブ６０とグランド１２６との間にピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣを印加する。その結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０の内部の固定磁石の磁力によってスリーブ６０に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：例えば、−２００ボルト）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：例えば、−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。

具体例３に係る図７Ａに示す電界形成装置１３６において、第１の電源１３８は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に直流電源１４２と交流電源１４４を有する。直流電源１４２は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加する。交流電源１４４は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば１，６００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣを印加する。第２の電源１４６は、現像ローラ４８と交流電源１４４との間の端子１４８とスリーブ６０との間に接続された直流電源１５０を有する。直流電源１５０は、所定の直流電圧Ｖ_ＤＣ２を出力することができ、陽極が端子１４８、陰極がスリーブ６０に接続されており、これにより、スリーブ６０が現像ローラ４８に対して負極性にバイアスされている（図７Ｂ参照）。したがって、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。また、現像領域９６では、現像ローラ４８上の負極性トナーが、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：例えば、−２００ボルト）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：例えば、−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。

具体例４に係る図８に示す電界形成装置１５２は、図５Ａに示す具体例の電界形成装置において、第１の電源１１２と第２の電源１１４にそれぞれ交流電界形成装置１５４，１５６を追加したものである。交流電界形成装置１５４，１５６の出力電圧はＶ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２である。電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２の電圧値や周期は同一であってもよいし、違ってもよい。具体例５に係る図９に示す電界形成装置１５８は、図５Ａに示す実施形態の電源において、第１の電源１１２に交流電源１６０を追加したものである。交流電源１６０の出力電圧はＶ_ＡＣである。これらの形態の電界形成装置１５２，１５８も、電界形成装置１１０，１２２，１３６と同様に、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、供給領域９０では負極性に帯電しているトナー６をスリーブ６０から現像ローラ４８に供給し、現像領域９６では負極性に帯電しているトナー６を現像ローラ４８から静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：例えば、−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。

〔４．現像剤〕
一般に、トナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤は、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ（スペント）が発生し、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本発明では、２成分現像剤に第３の成分として荷電粒子（インプラント粒子）が添加されている。

図２〜４を参照して具体的に説明すると、本発明の画像形成装置及び現像装置は、トナー６とキャリア４の他に、トナー６との摩擦接触によりトナー６を正規の極性（本実施形態では負極性）に帯電する、トナー６よりも小径の荷電粒子８を含む。実施の形態において、荷電粒子８は、トナー６の外周面に離脱可能に保持されており、トナー補給部９８からトナー６と共に補給される。

画像形成時、荷電粒子８はトナー６やキャリア４とともに、ハウジング４２の中を搬送された後、スリーブ６０に保持されて規制領域８６、供給回収領域８８、放出領域９４を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子８は、該分離した荷電粒子８とキャリア４との間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持される又は打ち込まれる。図４に示すように、キャリア４の外周面の一部又は全体がスペント１０で覆われている場合、荷電粒子８はスペント１０に打ち込まれる。キャリア４の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子８は、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー６は負極性に帯電されるため、荷電粒子８は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペント１０に被覆されていても、スペント１０の無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー６を所定の極性に帯電する。つまり、上記荷電粒子が、キャリアに対してその荷電性を補助する荷電補助機能を果たすことになる。

上述のように、荷電粒子８は、トナー６と逆の極性に帯電される。そのため、図１０に示すように、供給回収領域８８では、現像ローラ４８とスリーブ６０の間に形成される電界に基づいてトナー６はスリーブ６０から現像ローラ４８に移動する。このとき、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に比較的迅速に保持されることで、現像剤中に回収されるが、一部の荷電粒子８（量的には僅かであるが）は、トナー６と共に現像ローラ４８に供給される。

ところで、図１１に示すように、図１に示す現像装置から現像ローラを除いた形態の現像装置３４’に同様の荷電粒子を用いた場合、異なる結果を招く。具体的に、現像装置３４’の搬送ローラ５４が対向する感光体１２の外周面には静電潜像が形成されている。静電潜像は、例えば、ほぼ帯電電位を維持している高電位の静電潜像非画像部と、露光装置２８で光３０が投射されて電位の減衰している低電位の静電潜像画像部を有し、これら高電位の静電潜像非画像部と低電位の静電潜像画像部が搬送ローラ５４の対向部を通過していく。そして、画像形成時、現像領域において、例えば、負極性に帯電されているトナー６は、低電位の静電潜像画像部に付着し、静電潜像非画像部には付着しない。しかし、トナー６を負極性に帯電させる荷電粒子８は、それ自身が正極性に帯電している。したがって、現像領域で自由状態にある荷電粒子８は、図１２に示すように、静電潜像非画像部に付着する。このように、現像装置３４’によれば、トナー６から分離した荷電粒子８が現像領域で感光体１２の静電潜像非画像部に大量消費される。その結果、上述した現像装置３４に比べて、キャリア４の外周面に打ち込まれる荷電粒子８の数が極めて少なく、スペントが付着したキャリア４は十分なトナー荷電性能を持ち得ないことにもなる。

ところで、上述の特許文献４で説明した現像装置では、荷電粒子は、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなく両者の間に比較的自由な状態で存在する。また、現像装置に初期導入された荷電粒子は、トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電している。そのため、トナーと電気的に結合してトナーと共に現像ローラに供給された後、感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に無くなり、それと共にトナーの荷電性が低下する。しかし、本願発明の現像装置では、上述のように、供給回収領域８８でトナー６から分離した荷電粒子８はその後素早くキャリア４に保持されてスリーブ６０の外周面に留まることから、トナー６と同じように現像ローラ４８を介して感光体１２に供給されて消費されることはないので、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。もっとも、本実施形態においても幾らかの荷電粒子８はトナー６と共に現像ローラ４８に供給されるが、荷電粒子８はトナーと共に補給部９８から新たに補給されるため、無くなることはなく、よって、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。

なお、本実施形態では、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は負極性、キャリア４は正極性に帯電される。また、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子８は正極性に帯電する。本発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は正極性、キャリア４は負極性に帯電され、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子８は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。

また、図１３は、図１に示す現像装置３４において、搬送ローラ５４に内包される磁石が５極で構成されており、供給回収領域８８に対向する磁極Ｎ１から現像剤放出領域９４に対向する磁極Ｎ２と磁極Ｎ３の対向部までの間に、現像剤搬送用の磁極Ｓ２が１極のみ配置される構成である。これ以外の条件は、図１に示すものと同様とした。
すなわち、この図１３に示す現像装置３４’’では、搬送ローラ５４に内包される複数の磁極は、規制板６２の近傍にあるスリーブ６０の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にあるスリーブ６０の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、スリーブ６０の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、スリーブ６０の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３の５極である。

上記図１３の現像装置３４’’は、２成分現像剤混合でトナー荷電を行った後に、現像ローラ４８にトナーのみを供給して感光体１２上の潜像を１成分現像方式で現像する所謂ハイブリッド現像方式において、逆極性の荷電粒子８を外添処理したトナー６を用いるものであり、混合荷電されたトナー６とキャリア４を保持した搬送ローラ５４から現像ローラ４８ヘとトナー６を供給する為に搬送ローラ５４と現像ローラ４８の間に形成された電界によって、トナー６上の逆極性の荷電粒子８の一部はトナー６から分離され、搬送ローラ５４側へと回収され現像剤２と混合される。現像剤攪拌室６６内で現像剤２に加わるストレスによって逆極性の荷電粒子８の一部はキャリア４上へと固定化され、トナー６と同極性の外添粒子やトナー微粉の付着（＝スペント）によって失ったキャリア４上の荷電サイトを補う作用を果たす。現像装置３４’’内の逆極性の荷電粒子８が供給回収領域８８においてトナー６から分離され回収される比率は供給回収領域８８の条件によって決まり、印字条件に影響されること無く安定する。逆極性の荷電粒子が現像槽内へと蓄積してキャリア４上に付着する量は現像槽内へのトナー補給量に依存し、低い印字比率の時には補給トナー量が少ない為にキャリア４の荷電性を低下させるスペントの量も、キャリア４に付着して荷電を補助する荷電粒子８の付着量も少なく、高い印字比率の時には逆にキャリア４の荷電性を低下させるスペント量も、キャリア４ヘと付着して荷電を補助する荷電粒子８の付着量も多くなる。これにより印字条件に影響されること無く、２成分現像方式の現像剤ライフ以上の印字枚数を.通じてキャリア４の荷電機能は安定する。以上の点は、図１の現像装置３４と同等である。

逆極性の荷電粒子８のキャリア４に対する付着による荷電補助機能をより高める為には、トナー６から分離した逆極性の荷電粒子８をより確実にキャリア上に固定化することが望ましい。荷電粒子８とキャリア４は共に、トナー６に対して逆極性の電荷を持っているために、両者の静電的な付着は生じにくく、機械的な力を持って荷電粒子８をキャリア４に対して付着させる必要がある。この作用をより効率的に生じさせる為には、本来、トナー６から荷電粒子８が分離した供給回収領域８８と、現像剤が搬送ローラ５４から剥離されて現像槽に戻される現像剤放出部９４との間の領域で、現像剤２と離脱した荷電粒子８とに負荷を与えながら混合することが最も望ましいと考えられる。
この点に関して、図１３の現像装置３４’’においては、供給回収領域８８から現像剤放出領域９４までの現像剤搬送経路については、磁極Ｓ２が１極のみ配置される構成であるので、現像剤２を搬送する上では十分であっても、荷電粒子８をキャリア４の表面により効率良く付着させることは難しい。このように、図１３の現像装置３４’’においては、供給回収領域８８から現像剤放出領域９４までの搬送経路にて荷電粒子８をキャリア４の表面により効率良く付着させることが難しいので、荷電粒子８による上記荷電補助機能をより高める為には、現像装置３４’’として最も負荷の大きい規制上流部での現像剤混合に依存するところが大きくなる。しかしながら、この規制上流部においては、トナー６と荷電粒子８との間に分離力は働かずに現像剤全体にストレスが加わる為、トナー６上に付着したままの状態の荷電粒子８の多くがキャリア４よりもトナー６の方に対して固定化される傾向が強く、キャリア４に対して荷電粒子８が固定化される割合は比較的小さい。
このようにキャリア４ヘの荷電粒子８の固定化の効率が十分に高くない状態で、荷電補助機能をより高める為に逆極性荷電粒子８の付着量をより多く確保する為の対策手段としては、トナー６に外添する逆極性荷電粒子８の量を予め多く設定するという方法が考えられるが、トナー６に対する荷電粒子８の外添量が増えた場合には、磁気ローラ側に回収されずに現像ローラ上のトナーに付着して搬送される逆極性の荷電粒子も増えてしまい、その結果、現像ローラ上のトナーの帯電量が低くなり、現像領域で形成される電界への応答性が低下して、現像性の低下即ち濃度不足を招いたり、感光体１２上の潜像に到達せずに現像装置３４’’外へと漏出して画像形成装置内への汚染を引き起こすおそれもある。

〔５．具体的な材料〕
現像ローラに用いる材料、現像剤、並びにトナー、キャリア、荷電粒子および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。

〔現像ローラ〕
現像ローラ４８に用いる好適な材料としては、例えば表面処理したアルミニウムが挙げられる。その他、アルミニウム等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂，ポリカーボネート樹脂，アクリル樹脂，ポリエチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂，ウレタン樹脂，ポリアミド樹脂，ポリイミド樹脂，ポリスルホン樹脂，ポリエーテルケトン樹脂，塩化ビニル樹脂，酢酸ビニル樹脂，シリコーン樹脂，フッ素樹脂等の樹脂コートや、シリコーンゴム，ウレタンゴム，ニトリルゴム，天然ゴム，イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いても良い。コーティング材料としては、これらに限定されるものではない。
また、上記コーティングのバルク若しくは表面に導電剤が添加されていても良い。この導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチェンブラック，アセチレンブラック，ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉，金属酸化物の微粒子などが挙げられるが、これらに制約されることはない。イオン導電剤としては、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や両性化合物，その他イオン性高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。更に、アルミニウム等の金属材料からなる導電性ローラであっても良い。

〔現像剤〕
本実施形態で用いる現像剤２は、トナー６と、該トナー６を帯電するためのキャリア４と、トナー６とは逆極性に荷電する荷電粒子８を含有するもので、この荷電粒子（逆極性粒子）８はトナー６に外添されている。例えば、トナー６がキャリア４によって負に帯電されているとき、荷電粒子８は現像剤２中で正に帯電されている正荷電性粒子である。また、例えば、トナー６がキャリア４によって正に帯電されているとき、荷電粒子８は現像剤２中で負に帯電されている負荷電性粒子である。このような荷電粒子８をトナー６に外添し、且つ現像装置３４内の分離機構により、長期使用に伴ってキャリア４の表面に荷電粒子８を付着させることにより、トナー６や外添剤のキャリア４へのスペント等によりキャリア４の荷電性が低下しても、荷電粒子８もトナー６を正規の極性に荷電し得るため、キャリア４の荷電性低下を有効に補うことができ、その結果としてキャリア４の劣化を抑制できるのである。

〔荷電粒子〕
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。荷電粒子の個数平均粒径は、例えば、１００〜１０００ｎｍである。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、アルミナ等の無機微粒子や、アクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。微粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。

キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体であってもよい。

荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機微粒子に正極帯電性を付与する場合、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。微粒子に負極性帯電性を付与する場合、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。

〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径としては、これに限定されるものではないが、例えば約３〜１５μｍ程度が好ましい。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。

〔バインダー樹脂〕
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。

〔着色剤〕
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。

〔荷電制御剤〕
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。

〔離型剤〕
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。

〔その他の添加剤〕
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で撥水化した材料を用いることが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は１０〜１００ｎｍであることが好ましい。

〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。

バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。

バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。

〔実験Ｉ〕
図１に示す本実施形態に係る現像装置３４を備えた画像形成装置と、図１３に示す比較例に係る現像装置３４’’を備えた画像形成装置とを用いて、本発明の作用効果を調べる実験を行った。この実験では、以下のトナー（トナーＡと称する）及びキャリアを用いた。

〔トナーＡ〕
トナーＡの製造方法は以下のとおりである。湿式造粒法で作成された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に、複数の添加剤−第１の疎水性シリカ０．２重量部、第２の疎水性シリカ０．５重量部、疎水性酸化チタン０．５重量部−を添加した。次に、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用い、添加剤が添加されたトナー母材を攪拌して添加剤をトナー母材の表面に付着させた（つまり外添処理した）。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。その後、荷電粒子（逆極性粒子）として、個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムを添加した。荷電粒子の添加量は、トナーＡに含まれるトナー母材粒子１００重量部に対して、２重量部であった。次に、この荷電粒子が添加されたトナーを三井鉱山社製のヘンシェルミキサで攪拌し、トナーの表面に荷電粒子を付着させて、負極帯電性のトナーＡを得た。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。
ここで用いた第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（＃１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤のヘキサメチルジラザン（ＨＭＤＳ）で表面処理して得たものである。第２の疎水性シリカは、固体平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳで表面処理して得たものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを、水系湿式環境で、疎水化剤のイソブチルトリメトキシシランにより表面処理して得たものである。

〔キャリア〕
実験に用いたキャリアは、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350キャリアである。このキャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル樹脂をコーティングしたコート型キャリアである。

〔実施例１〕
現像装置は図１に示す本実施形態に係る現像装置を使用した。
現像剤は、上述のキャリアとトナーＡを用いた。現像剤中のトナー比率を８％に調整した。トナー比率は、現像剤全体の重量に対する、トナーと荷電粒子を含む添加材との合計重量の割合である（この点は、以下においても同様である）。
電界形成装置は、図９に示す形態を採用し、搬送ローラに直流電圧Ｖ_ＤＣ２：−５００ボルトを印加し、現像ローラには、直流電圧Ｖ_ＤＣ１：−３００ボルトと交流電圧を印加した。交流電圧は、周波数：２ｋＨｚ、振幅Ｖ_Ｐ−Ｐ：１，６００ボルト、マイナスデューティ比（トナー回収デューティ比）：４０％、プラスデューティ比（トナー供給デューティ比）：６０％の矩形波であった（図１４参照）。したがって、負極性に帯電したトナーをスリーブから現像ローラにバイアスする供給電位差（トナー供給電圧）は１，０００ボルト、現像ローラからスリーブにトナーをバイアスする回収電圧差（トナー回収電圧）は６００ボルトである。

現像ローラには、表面をアルマイト処理したアルミニウムローラを用いた。現像ローラと搬送ローラのスリーブとの供給回収ギャップは最近接部で０．３ｍｍに設定した。これにより、現像ローラとスリーブの間に形成されるトナーの供給電界は、３．３×１０^６Ｖ／ｍ（＝１，０００Ｖ／０．３ｍｍ）であった。規制板とスリーブの規制ギャップは、スリーブ上の磁気ブラシが現像ローラの外周面に摺接するように、０．４ｍｍとした。現像ローラとスリーブは同一方向に回転し、供給回収領域でスリーブ上の現像剤搬送方向と現像ローラ上のトナーが逆方向に移動するようにした。感光体の帯電電位は−５５０ボルト、感光体に形成された静電潜像非画像部画像部の電位は−６０ボルトとした。感光体と現像ローラの現像ギャップは０．１５ｍｍに設定した。

〔参考例〕
現像装置は、図１３に示す現像装置３４’’を使用した。
現像剤は、実施例１と同一のものを用いた。電界形成装置やその他の条件も、実施例１と同一である。

〔評価〕
コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製複写機bizhub C３５０を改造した画像形成装置を用い、複数の条件で画像面積率５％のオリジナル画像を５０，０００枚印刷した。１０，０００枚の印刷ごとに現像装置内の現像剤をサンプリングし、トナー帯電量を測定した。測定結果を図２１に示す。この図から明らかなように、実施例１では、印刷枚数の増加に拘わらず、トナーの帯電量の低下は僅かであり略一定に近い値が維持されており、参考例よりも、印刷枚数の増加に対しトナーの帯電量がより安定している。

５０，０００枚印刷後、現像剤からキャリアを分離し、キャリアの表面を走査電子顕微鏡で観察したところ、実施例１の耐久試験により帯電量低下が僅かしか認められなかったキャリアでは、参考例の耐久試験によるキャリアよりも、表面により多量の微粒子が付着していることが判った。この微粒子をＸ線光電子分光法（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）で分析したところ、荷電粒子の主成分であるストロンチウムが検出された。この検出結果は、キャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれていることが裏付けるものであった。つまり、トナーに外添処理したチタン酸ストロンチウムが、実施例１の現像装置３４の作用によって、参考例の現像装置３４’’を用いた場合よりも更に多くキャリアに付着したことが裏付けられた。

〔荷電粒子の帯電極性〕
図１５に示す実験装置１７０を用いて荷電粒子の帯電極性を確認した。実験装置１７０は、固定円筒体１７２と、円筒体１７２の内部に回転可能に配置されたマグネットローラ１７４と、マグネットローラ１７４を囲む外筒１７６を有する。円筒体１７２と外筒１７６との間には、負極性のトナーを円筒体１７２から外筒１７６に向けて電気的に付勢しない電界、すなわち、トナーと逆極性の荷電粒子を円筒体１７２から外筒１７６に向けて付勢する電界を加えた。そして、荷電粒子を含むトナーＢとキャリアからなる現像剤を攪拌した後、攪拌後の現像剤を円筒体１７２の外周面に保持させてマグネットローラ１７４を回転した。結果、円筒体１７２から外筒１７６に向かう電界付勢力を受けた荷電粒子のチタン酸ストロンチウムが現像剤から分離して離脱し、外筒１７６の内面上に確認された。これにより、チタン酸ストロンチウムがトナーとは逆の極性（正極性）に帯電していることが分かる。

〔結論〕
以上より、実施例１の現像装置３４を用いた場合には、トナーと逆極性に帯電するチタン酸ストロンチウムがキャリアの表面により多量に付着することで、参考例の現像装置３４’’を用いた場合よりも、キャリア帯電能低下をより有効に補うことができ、より長期にわたって帯電量が維持できたものと考えられる。
実施例１と参考例の違いは、搬送ローラ５４に内包される磁極数のみであり、実施例１の現像装置３４では、供給回収領域８８に対応する磁極Ｎ１から、現像剤搬送方向の下流側において現像剤を搬送ローラ５４のスリーブ６０から剥離させる磁極Ｓ４とＳ５の対向領域までの現像剤搬送経路に、隣り合う磁極の極性が異なる複数の磁極Ｓ２，Ｎ２，Ｓ３，Ｎ３を上流側から順に配置したことにより、磁界の切り替わりが増えることに伴い、搬送ローラ５４上での現像剤の挙動を活性化し、現像剤磁気ブラシの転動運動を活発化したことが、キャリア４の表面に荷電粒子８をより多量に付着させ、長期にわたってより高い荷電能力補助機能を実現することができた要因であると考えられる。

〔実験ＩＩ〕
実施例１では、搬送ローラ５４に内包する磁極数を増やすことで、供給回収領域８８に対応する磁極Ｎ１から、現像剤搬送方向の下流側において現像剤を搬送ローラ５４のスリーブ６０から剥離させる現像剤放出領域９４に対応する磁極Ｓ４とＳ５の対向領域までの現像剤搬送経路において、搬送ローラ５４上での現像剤磁気ブラシの転動運動を活発化し、キャリア４の表面に荷電粒子８を多量に付着させるようにしたものであったが、搬送ローラ５４の内部磁極ではなく、外部に磁極を配置しても同様の作用が得られるものと考えられる。
そこで、参考例の現像装置３４’’を改造し、図１６に示す実施例２に係る現像装置３４Ｂの構成にて実験を行った。現像装置３４Ｂは、供給回収領域８８から現像剤放出領域９４までの現像剤搬送経路において、搬送ローラ５４に対向するハウジング部分４２Ｂに、現像装置長手方向（搬送ローラ５４の長手軸方向）に均一で、搬送ローラ５４の（つまり円筒スリーブ６０の）回転方向に極性の切り替わる複数の磁極をＪ１，Ｊ２，Ｊ３を、外部磁極として固定したものである。
このように外部磁極Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３を配置することで、供給回収領域８８から現像剤放出領域９４までの現像剤搬送経路に対応する搬送ローラ５４内の搬送磁極が１極であっても、その両側への磁力線を引き出すと共に、対向部を同極とすることで現像剤磁気ブラシの激しい運動を生じさせ、この領域における荷電粒子８とキャリア４との混合を活発化させることが可能である。

この実施例２に係る現像装置３４Ｂを用いて、実験Ｉにおける場合と同様に５０，０００枚の耐久試験を行った。耐久評価の各ポイントでサンプリングした現像剤のトナー帯電量を測定した結果を、ハウジング部分４２Ｂに磁極を固定していない参考例での測定結果と共に図２２に示す。
この図より、搬送ローラ５４に対向したハウジング部分４２Ｂに複数の磁極Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３を配設することで、搬送ローラ５４上での現像剤磁気ブラシの転動を活発化することによっても、実施例１と同様にキャリア４の表面により多量の逆極性荷電粒子８を付着させ、長期にわたってより高い荷電能力補助機能を実現できることが判る。

この実験ＩＩでは、現像装置３４Ｂのハウジング部分４２Ｂに複数の磁極Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３を固定した実施例２の構成を用いたものであったが、図１７に示すように、現像装置長手方向（搬送ローラ５４の長手軸方向）に均一で、搬送ローラ５４の（つまり円筒スリーブ６０の）回転方向に極性が切り替わる複数の磁極を有するマグネットシートＭを用い、このマグネットシートＭを現像装置３４Ｂの上記ハウジング部分４２Ｂに沿うように配置することにより、同様の作用を行わせることもできる。

〔実験ＩＩＩ〕
上記実施例１と実施例２とを組み合わせて、供給回収領域８８から現像剤放出領域９４までの現像剤搬送経路において、該搬送経路に対応する複数の磁極を内包した搬送ローラ５４を用いた上で、現像装置長手方向（搬送ローラ５４の長手軸方向）に均一で且つ搬送ローラ５４の（つまり円筒スリーブ６０の）回転方向に極性の切り替わる複数の磁極を有する例えばマグネットシートを現像装置３４Ｂの上記ハウジング部分４２Ｂに貼り付けることで、キャリア表面への荷電粒子の付着を促進させることも考えられる。かかる構成の具体例を図１８，１９及び２０に示す。

〔実施例３〕
図１８に示す具体例（実施例３）では、搬送ローラ５４の内部磁極（Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極）と、これらにそれぞれ対向するマグネットシートＭ１による外部磁極とが同極となるように両者の極性が設定されている。そして、上記マグネットシートＭ１では、搬送ローラ５４の回転方向において、搬送ローラ５４の内部磁極に対向する外部磁極の間に、１組のＳ極およびＮ極の磁極が設けられている。従って、搬送ローラ５４の回転方向において、搬送ローラ５４の内部磁極に対向する外部磁極の間で、１サイクルの極性の切替が行われることになる。
実施例１の現像装置３４を用い、実施例３のマグネットシートＭ１を搬送ローラ５４に対向するハウジング部分４２Ｂに貼り付けた装置を構成し、実験Ｉにおける場合と同様に５０，０００枚の耐久試験を行った。耐久評価の各ポイントでサンプリングした現像剤のトナー帯電量を測定した結果を、実施例１及び実施例２での測定結果と共に図２３に示す。
この図より、実施例３では、搬送ローラ５４の内部磁極（Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極）と、これらにそれぞれ対向するマグネットシートＭ１による外部磁極とが同極となるように両者の極性が設定し、しかも、上記マグネットシートＭ１に、搬送ローラ５４の回転方向において、搬送ローラ５４の内部磁極に対向する外部磁極の間に、１組のＳ極およびＮ極の磁極が設けて、搬送ローラ５４の回転方向において、搬送ローラ５４の内部磁極に対向する外部磁極の間で、１サイクルの極性の切替が行われるようにしたことで、搬送ローラ５４上での現像剤磁気ブラシの転動を非常に効果的に活発化して、実施例１及び実施例２よりも荷電能力補助機能を更に高めることが可能であることが判る。

〔比較例１〕
比較例１の搬送ローラ５４とマグネットシートＭ２の構成を図１９に示す。この比較例１は、マグネットシートＭ２の磁極配置が異なる以外は、実施例３と同様である。比較例１では、搬送ローラ５４の内部磁極（Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極）と、これらにそれぞれ対向するマグネットシートＭ２による外部磁極とで、同極ではなく極性が異なるように両者の極性が設定されている。この点だけが、実施例３と相違している。
実施例１の現像装置３４を用い、実施例２のマグネットシートＭ２を搬送ローラ５４に対向するハウジング部分４２Ｂに貼り付けた装置を構成し、実験Ｉにおける場合と同様に５０，０００枚の耐久試験を行った。耐久評価の各ポイントでサンプリングした現像剤のトナー帯電量を測定した結果を、実施例３での測定結果と共に図２４に示す。
この図より、比較例１では、実施例３に比べると荷電維持作用が小さいことが判る。これは、比較例１の磁極配置では、対向する磁極間で現像剤磁気ブラシが伸びるだけで、実施例１に示した内部磁極による現像剤の転動状態から余り大きく（実施例３に比して）状態を変えることはできなかったことによるものと考えられる。

〔比較例２〕
比較例２の搬送ローラ５４とマグネットシートＭ３の構成を図１９に示す。この比較例１は、搬送ローラ５４の内部磁極（Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極）と、これらにそれぞれ対向するマグネットシートＭ３による外部磁極とが同極となるように両者の極性が設定されているが、搬送ローラ５４の回転方向において、搬送ローラ５４の内部磁極に対向する外部磁極の間に何らの磁極も設けられていないものである。
この比較例２の構成では、内部磁極と外部磁極とが全て反発磁界の関係にあるため、現像剤を現像槽内に搬送する作用が弱く、現像装置を駆動するにつれて現像剤の溢れが生じてしまった。
以上より、搬送ローラ５４の内部磁極とマグネットシートによる外部磁極の配置については、実施例３に示すものが最適であると結論できる。

尚、以上の説明は、負極性に帯電するトナーと現像剤中で正極性に帯電する荷電粒子を用いた場合についてのものであったが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、正極性に帯電するトナーと現像剤中で負極性に帯電する荷電粒子を用いた場合についても、有効に適用できるものであることは言うまでもない。

本発明に係る画像形成装置の概略構成と本発明に係る現像装置の断面を示す図である。現像剤の組成を模式的に説明する図である。キャリアの表面に、荷電粒子を保持したトナーが付着している状態を模式的に示す図である。スペントが付着したキャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれた状態を模式的に示す図である。電界形成装置の一具体例を示す図である。図５Ａに示す電界形成装置から搬送ローラのスリーブと現像ローラに供給されている電圧の関係を示す図である。電界形成装置の他の具体例を示す図である。図６Ａに示す電界形成装置から搬送ローラのスリーブと現像ローラに供給されている電圧の関係を示す図である。電界形成装置の他の具体例を示す図である。図７Ａに示す電界形成装置から搬送ローラのスリーブと現像ローラに供給されている電圧の関係を示す図である。電界形成装置の他の具体例を示す図である。電界形成装置の他の具体例を示す図。供給回収領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図である。図１の現像装置から現像ローラを削除した他の形態の現像装置の断面図とそれを含む画像形成装置の概略構成を示す図である。図１２に示す現像装置の現像領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図である。参考例に係る画像形成装置の概略構成と参考例に係る現像装置の断面を示す図である。実施例１において搬送ローラのスリーブと現像ローラに供給される電圧の波形を示す図である。荷電粒子の帯電状態を試験する装置の断面図である。本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略構成と実施例２に係る現像装置の断面を示す図である。実施例２の変形例に係るマグネットシートを示す図である。実施例３に係るマグネットシートを示す図である。比較例１に係るマグネットシートを示す図である。比較例２に係るマグネットシートを示す図である。実施例１と参考例について印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す図である。実施例２と参考例について印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す図である。実施例１，２及び３について印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す図である。実施例３と比較例１について印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す図である。

符号の説明

１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１０：スペント、１２：感光体、１２ｆ：感光体の表面、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４，３４Ｂ：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４２Ｂ：ハウジング部分、４４：開口部、４６：第２の空間、４８：現像ローラ、５０：現像ギャップ、５２：第２の空間、５４：搬送ローラ、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、６０：スリーブ、６３：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：電界形成装置、１２４：第１の電源、１２６：グランド、１２８：直流電源、１３０：第２の電源、１３２：直流電源、１３４：交流電源、１３６：電界形成装置、１３８：第１の電源、１４０：グランド、１４２：直流電源、１４４：交流電源、１４６：第２の電源、１４８：端子、１５０：直流電源、１５２：電界形成装置、１５４：交流電源、１５６：交流電源、１５８：電界形成装置、１６０：交流電源、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３：外部磁極、Ｍ，Ｍ１：マグネットシート。

Claims

少なくともトナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
相互の摩擦接触によって互いに異なる極性に帯電するトナー及びキャリアと、上記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され該トナーとは異なる極性に帯電する荷電粒子と、を含む現像剤を貯える現像剤貯留部と、
磁石を内包し、上記現像剤貯留部から上記現像剤を搬送する第１の搬送部材と、
第１の領域を介して上記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
上記第１の搬送部材と上記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、上記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第２の搬送部材に移動させると共に、上記トナーの表面の上記荷電粒子の一部をトナーから分離させて現像剤中に回収させる第１の電界形成手段と、
上記第２の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、上記第２の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像をトナー画像として可視像化する第２の電界形成手段と、を備え、
上記第１の搬送部材に内包された上記磁石の上記第１の領域に対応する磁極から、上記現像剤搬送方向の下流側において現像剤を第１の搬送部材から剥離させる磁極までの現像剤搬送経路に、搬送される現像剤を上記第１の搬送部材上で転動運動させるための複数の磁極を配置し、
上記複数の磁極として、上記第１の搬送部材の長手方向に均一で該第１の搬送部材の回転方向に極性が切り替わる複数の外部磁極を、上記第１の搬送部材の外周部に対向して配置した、
ことを特徴とする現像装置。
上記複数の磁極は、上記第１の搬送部材に内包された上記磁石の磁極を含み、
互いに対向する上記磁石の磁極と上記外部磁極とが同極となるように両者の極性を設定すると共に、上記第１の搬送部材の回転方向において上記互いに対向する磁極の組の間にて１サイクルの極性の切替が行われるように上記外部磁極を設定した、
ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
請求項１または２の現像装置を含む画像形成装置。